上砂下黏地层中桩‑筒复合基础V‑H承载特性∗

海上风机基础不仅受自重等竖向力V 作用,也因水流、波浪和风等影响而承受水平荷载H。为探讨上砂下黏地层中一种由单桩和吸力筒组成的新型海上风机桩-筒复合基础受V?H 组合作用时的承载特性,自主设计完成了一系列室内桩-筒复合基础V?H 组合加载模型试验,获得不同组合参数下桩-筒复合基础的荷载-位移曲线和桩身弯矩分布曲线,并绘制出V?H 承载力包络线。在此基础上,采用ABAQUS 建立了上砂下黏地层中桩-筒复合基础三维数值分析模型,经模型验证与参数分析,进一步讨论了砂土厚度、筒径、筒高以及加载高度等参数对桩-筒复合基础承载特性的影响曲线,并拟合出桩-筒复合基础承载力简化计算公式,分析结果表明：桩-筒复合基础能显著提高桩身水平承载力,增幅达30%~90%,且增加筒径比增加筒高更有利于提高基础水平承载力;上部砂土层较厚时,桩-筒复合基础存在一个使复合基础水平承载力达到最大的预加竖向荷载最佳值,其值随不同载荷工况在（0.4~0.7）Vult范围内变化。     

水平循环荷载下大直径单桩承载变形特性有限元分析∗

大直径单桩基础是近海风电产业常用的基础型式,研究大直径单桩在风、浪、流等水平循环荷载作用下的承载变形特性意义重大.基于ABAQUS软件平台,通过建立桩土相互作用的三维有限元模型,对已有的大直径单桩离心模型试验开展数值模拟.数值计算时采用一个循环弹塑性本构模型描述桩侧土体的循环应力应变响应,通过.调用该模型的UMAT子程序,设置适当的桩土接触条件、分析步及计算参数,建立了能够追踪水平循环荷载下砂土中大直径单桩位移时程的有限元分析方法.通过与已有离心模型试验结果的对比发现,建立的有限元方法可以描述砂土中大直径单桩在水平单调及循环荷载下的变形过程,反映循环荷载位移曲线的非线性、滞回性及位移累积特性,预测随循环荷载次数增加,桩身弯矩、位移等的分布特征及演化规律.     

沿海地区兆瓦级风电结构地震响应分析

风力发电结构在地震情况下易发生整体倾覆、塔筒弯折等破坏。若同时考虑风荷载作用,则结构破坏风险增加。采用APDL命令流建立某沿海风电场1.5 MW级风电结构的"叶轮-塔筒-桩基"一体化有限元模型。通过单桩刚度折减,计算不同液化情况下的风电结构自振特性及结构地震响应。采用实测地震波和基于自回归法模拟获得的风速时程,计算风电结构在地震荷载单独作用以及地震荷载和风荷载共同作用两种情况下的动力响应。结果表明,随着液化程度的加深,轮毂水平位移和最不利单桩内力逐渐增大,在中等液化情况下塔筒底部应力出现最大值。考虑风荷载后,轮毂水平位移、塔底应力和最不利单桩内力均有所增加,其中背风面塔底应力和最不利单桩内力增加最为明显。     

近海复杂环境下的H-M-T受荷桩内力位移分析

为探讨近海复杂恶劣环境(台风超强风力、车辆冲击力或地震产生的复杂力等)下水平力H、弯矩M及扭矩T共同作用时的基桩桩身内力变形特性,基于传统有限杆单元法思想,获得了H-M-T受荷桩的基本单元刚度矩阵。然后,基于m法考虑桩周地基土的侧向约束作用,并计入H-M-T耦合效应,采用凝聚方法导得了具有简洁统一形式的桩身杆单元刚度矩阵,由此建立水平力、弯矩和扭矩组合作用下的桩身内力位移有限杆单元法计算模型,进而采用MATLAB编制出相应的分析计算程序。最后,结合近海工程算例进行了分析。结果表明:1文中提出的改进有限杆单元法能考虑桩周地基土的分层特性、不同边界条件及H-M-T的耦合效应;2相比单一考虑水平受荷,扭矩的存在加大了桩身的位移和内力;3H-M-T复杂受荷模式下,荷载传递存在有效传递深度,当相对深度z/L超过0.5后,桩身弯矩和剪力趋近于零,而扭矩显著减小。     

波流组合作用下钢板桩围堰的受力分析*

在涨落潮明显的河道中,如何在波流组合作用下确定钢板桩围堰的最小埋置深度,对钢板桩围堰的设计、施工具有重要的理论意义和实用价值。采用三维源汇分布法建立了大尺度结构物波浪力的数学计算模型,并叠加了通过《公路桥涵设计通用规范》相关公式得出的水流力,确定了围堰结构所承受的波流组合作用力。然后通过某实际工程的钢板桩围堰在"强流水、弱波浪"荷载组合和"强流水、强波浪"荷载组合下的围堰最小埋置深度的应用算例,验证了本文方法的可行性。最后讨论了波流组合作用与矩形围堰结构位移、转角的关系,并对影响围堰埋置深度的因素做了多参数分析,并得出了一些有益结论。     

风雨共同作用下斜拉桥横桥向反应特性研究

应用谐波叠加法模拟生成风荷载时程曲线,根据提出的雨荷载计算方法,通过对雨滴与桥面之间夹角问题的研究,得到不同风速、不同雨强下桥面雨荷载时程曲线。应用有限元软件建立斜拉桥三维模型,对全桥施加横桥向单独风荷载作用及风雨共同作用。结果表明,主梁加速度和位移在主跨跨中达到最大值,主梁和索塔横桥向剪力在梁塔连接处达到最大值,斜拉索拉力在边跨最长拉索处达到最大值。考虑雨荷载的影响后,主梁和索塔加速度值、位移值和剪力值均有一定的提高,但斜拉索拉力值变化不明显。     

冷‑热不平衡热荷载下黏土地基中能量桩长期热‑力学特性∗

建立了热-渗流-力(T-H-M)三场耦合能量桩有限元数值分析模型,研究了力学荷载组合不同热聚集度(桩的放热量与吸热量之比)温度荷载下黏土地基中能量桩的长期热-力学特性,包括桩身温度、桩头沉降、桩身轴向应力、 地基土温度和超孔隙水压力特性等。计算结果表明：冷-热平衡时桩头沉降随温度荷载循环的增加逐渐增大,桩头发生沉降累积,桩身轴向应力和地基土温度变化的幅值不随温度荷载循环而变化。当桩的放热量大于吸热量时, 桩身温度随温度荷载循环的增加而升高,桩头沉降随之减小,但热荷载循环对桩身轴向应力没有影响。桩周土温度随热循环的增加而逐渐增大,产生热聚集现象。温度荷载的热聚集度数值越大,桩身和桩周土的温度越高,桩身最小压应力越大,桩头沉降越小。温度荷载引起的超静孔隙水压力数值很小。     

不同承台形式斜直交替群桩⁃土⁃结构地震相互作用特性分析∗

为研究不同承台形式斜直交替群桩?土?结构在地震互相作用, 利用FLAC^3D有限差分软件作为研究工具，采用El Centro地震波作为动荷载。分别建立了斜直交替群桩?土?结构的低承台、高承台数值模型。并对地震作用下可液化土体的孔压比变化、桩基的受力与位移、桥墩顶部的位移进行分析研究。研究结果表明：在地震作用下,土层中孔隙水压力分布是自上而下逐渐增大。振动加速度峰值时部分土体由于发生剪胀孔压出现瞬时负值。砂土层中桩基中部区域容易产生液化现象。同一模型中，直桩的最大弯矩小于斜桩的最大弯矩。在低承台模型中，直桩和斜桩的最大水平位移均发生在桩基顶端，直桩的竖向位移沿埋深是一恒值，而斜桩的竖向位移沿埋深是变化的。在高承台模型中，斜桩的水平位移沿埋深不再是单调变化，最大值发生在砂土层中。高承台模型中斜桩和直桩的竖向位移和水平位移均明显大于低承台模型桩体。两个模型的桥墩顶部最大水平位移出现的时刻基本相同。     

冷却塔塔筒荷载效应和简化设计方法——各荷载单独作用分析

为简化冷却塔塔筒配筋设计中的多风向计算问题,应明确塔筒在各荷载单独作用下的内力特征。以某冷却塔为例并配以代表性的荷载取值,对其自重、风、冬温和夏温、水平和竖向地震这6类荷载的内力状态进行了单独分析和系统对比,着眼于各自的主要内力和各内力环向分布特征。结果表明,自重、冬温和竖向地震作用下内力的环向均匀分布使其无碍于荷载效应的方向组合;夏温和水平地震的最不利内力固定在某一子午线上且各自分别以弯矩和轴力为主,两者方向一致时即自然形成最不利组合;风荷载方向的任意性、复杂的内力分布特征和轴弯联合作用使常规荷载效应组合中必须进行多风向计算,但其内力分布特征依然给荷载效应组合的简化提供了可能。     

PCC桩水平承载特性足尺模型试验与数值模拟

通过进行大型模型槽足尺模型试验,根据桩身变形和桩身弯矩的试验结果,分析了水平荷载作用下现浇混凝土大直径管桩(以下简称PCC桩)的水平承载特性和桩-土共同作用性状。采用大型通用有限元软件ABAQUS对PCC桩的水平承载特性进行了数值模拟,计算结果与试验结果符合得较好,并进一步探讨了PCC桩水平承载特性的主要影响因素。结果表明:表层土体的弹性模量对水平受力性状影响较大,表层土体的厚度对桩身水平位移也有较大影响,因此可以通过改良表层土体来控制桩身水平位移,以达到工程设计要求;土体强度参数对水平承载特性也有影响,尤其是内摩擦角和粘聚力较小时更为明显。     

冲刷作用下两种不同直径的单桩基础循环加载特性∗

海上风电大直径单桩基础长期承受来自环境效应的循环荷载以及海床的冲刷作用，冲刷条件下的水平受荷单桩的循环加载特性是海上风电桩基础设计关注的内容。开展了砂土中大直径和小直径单桩基础冲刷条件下长期循环加载的模型试验，探讨了冲刷深度和循环加载幅值对两种基础形式长期承载变形特性的影响。试验研究表明：砂土中循环加载提高了循环后的单桩承载力，其中小直径桩循环后的水平承载力提高更为显著。冲刷导致循环后的单桩承载力下降，随着冲刷深度增加该效果越明显。在循环加载初期，小直径桩残余累积变形的增加速度小于大直径桩。循环次数大于1 000次冲刷深度为2倍桩径条件下，小直径桩的累积变形趋于稳定，大直径桩的累积变形仍继续发展。通过在无量纲循环加载幅值参数中引入冲刷深度对承载力的影响，建立了冲刷条件下两种不同直径桩基的水平循环累积位移计算模型，适用于考虑冲刷影响的单桩长期水平循环累积变形预测。     

非均质软基上桶形基础承载性能有限元分析

作为海洋平台的基础部分,桶形基础不仅承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用,而且往往还遭受波浪等所产生的水平荷载及力矩等其它荷载分量的作用.因此,确定软基上桶形基础在竖向荷载(V)、水平荷载(H)和力矩(M)等共同作用下的承载特性,建立其在复合加载模式下的破坏包络面,并进而依此评价海洋平台基础及地基的稳定性,是...     

饱和砂土场地2×2高承台直斜群桩动力响应规律研究∗

为研究饱和砂土场地地震液化情况下直斜群桩水平动力响应规律,使用浙江大学ZJU400土工离心试验设备进行了饱和砂土场地2×2高承台直斜群桩的离心机振动台模型试验,通过两组试验分别对于不同土层处的加速度时程以及孔压比进行分析。同时,结合饱和砂土的液化情况,分别针对2×2高承台直斜群桩在振动过程中承台水平动力响应以及桩身弯矩峰值的变化进行了对比分析。试验结果表明:随着振动强度的增大,饱和砂土层液化深度逐渐增加,尤其在近桩位置土层孔压比变化更为明显;直群桩承台水平加速度峰值在一定范围内出现了放大的现象,而斜群桩承台则基本未发生此显现;随振动强度的增加桩身弯矩峰值分布发生较大变化,其变化情况与饱和砂土液化有着较为密切的关系,在0.05g和0.1g工况下斜群桩桩身弯矩峰值明显小于直群桩,而0.3g工况时斜群桩桩身弯矩峰值出现了显著增加的现象并超过了同工况下直群桩情况。     

黏土地基上吸力式沉箱基础的三维破坏包络面研究

作为新型的深水海洋基础形式,吸力式沉箱基础不仅要承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用,而且往往承受波浪等所产生的水平荷载及力矩荷载分量,其承载特性是海洋工程结构设施建造与设计中的一个关键技术问题,但目前这种新型基础的工作性能评价与设计理论远远不能满足工程实践的需要。为此,本文以大型通用有限元分析软件ABAQU S为平台,数值实现基于位移控制的Sw ipe试验加载方法,分析了完全不排水条件下不同的水平荷载作用点吸力式沉箱基础的承载特性及V-H破坏包络面。同时,对完全不排水条件下吸力式沉箱基础在垂直上拔荷载V、水平荷载H和力矩M共同作用下的承载特性进行了三维有限元分析,数值实现了荷载-位移控制搜寻方法,确定了复合加载作用下吸力式沉箱基础的V-H-M三维破坏包络面。     

斜坡上单桩的统一极限抗力分布模式研究∗

假定土体为理想弹塑性体,基于统一极限抗力分布模式,利用最小势能原理,计算不同坡角时的桩前土体极限抗力,得到斜坡上单桩水平承载力的弹塑性解,并编制了相应的MATLAB计算程序。通过室内模型试验,验证了基于统一极限抗力分布模式计算得到的斜坡上单桩的水平承载力和桩身弯矩是合理的。结果表明:单桩的水平承载力随斜坡坡角的增加而降低,坡角为45°时桩顶的水平位移是坡角为15°时的1.45倍,斜坡坡角的大小对单桩的水平承载特性有较大的影响。     

扩底桩桩侧土水平抗力的分布特性

桩侧土的水平抗力是计算桩基水平承载力的重要因素。本文对扩底桩基础桩侧水平抗力特性进行研究。制定模型试验方案,进行扩底桩水平加载室内模型试验。整理模型试验加载数据获得扩底桩在水平荷载作用下的桩顶加载位移曲线、桩侧土抗力、桩底土抗力的分布曲线等重要数据,分析各数据获得扩底桩桩侧土水平抗力的分布规律。通过有限元软件模拟不同桩长、扩底尺寸的扩底桩承受水平荷载时的加载情况,通过对数值模拟结果的分析获得扩底桩受水平荷载作用时的受力变形特性,研究不同尺寸参数对扩底桩水平受力特性的影响情况。研究表明,桩长越短越有利于发挥扩大头的嵌固作用。根据对桩底扩大头处土抗力分布曲线的分析研究扩大头的嵌固力作用,进而提出扩大头嵌固力的计算方法。     

水合物分解对桩基础应力和变形影响的研究

赋存于海底沉积物中的天然气水合物与固体颗粒相互胶结,增加了沉积物的强度,一旦水合物分解,会引起沉积物剪切强度降低,如果在含有水合物层上面或附近存在桩基础,必然影响其稳定性.本文采用应力释放法,通过数值计算,分别讨论了桩基础底部位于含水合物地层不同深度时,水合物分解对桩基础应力和变形的影响规律.计算结果表明,随着水合物分...     

多棱插接式钢管塔风振阻尼技术研究

多棱插接式钢管塔具有制作安装方便、占地面积小等独特优势,正在得到越来越多的应用。但这种结构属于风敏感结构,风振特性是设计必须考虑的关键因素。钢管塔结构为空间薄壁壳体结构,其结构分析设计尤其是风振反应分析和风振控制与传统的杆系塔架结构有很大的不同。在静动力分析的基础上,提出利用钢球减振器对钢管塔进行风振控制,基于状态空间描述法模拟了钢管塔受控前后的位移时程反应,时域与频域分析结果表明该减振装置可以使结构的阻尼增加3~5倍,结构的风振反应可减小30%。本文的研究为钢管塔结构的合理设计提供了基础,有助于其在我国的推广应用,同时为行业规范和高耸结构设计规范的修订提供必要的理论基础。